农机应用与管理学

农机应用与管理学第1页/共184页2绪论一、本学科的地位、目的、任务

1、农业生产机械化是农业现代化的重要组成，农机应用和管理是农村农业机械化管理的重要组成部分，也是农业生产单位经营管理的重要组成。本学科是随着农业机械化事业的产生而产生，发展而发展的，并不断地得到充实、完善和发展。

第2页/共184页32、本学科的目的在于分析构成农业机器管理的诸因素，阐述农机运用的基本原理和方法，以利于有效地经济运用、管理农机，科学地制定经营决策的途径和步骤。第3页/共184页4

本学科的主要任务是运用各种技术、经济和行政手段对农机化生产活动进行科学决策和有效的计划、组织、指导、监督，做到全面规划、合理配备、正确使用、安全运行、精心维护、适时修理、计划更新。做到“优质、高效、低耗、安全”的要求。第4页/共184页5二、本课程的性质、教学任务和教学内容本课程是农机化专业的必修课，是一门既有一定理论深度又有较丰富的实用技术的应用课程，涉及内容广泛。要求修完有关基础课和专业基础课，如：《汽车拖拉机学》、《农业机械学》《农学基础》等。本课程的教学任务是，通过本课程的学习，学生获得农机应用和管理的基本理论知识，掌握农业机组、机群应用和管理的原理和方法，具备机械化作业工艺方案的设计能力，掌握农业机器使用操作和技术维护的技能第5页/共184页6主要教学内容分为四个方面：1、农业机器（机组）运用原理；2、农业机械化作业工艺；3、农业机器技术保障；4、农业机器科学管理。第6页/共184页7三、学习方法及教学环节1、课堂教学与自学相结合；2、理论联系实际，重视实践性教学环节（机耕实习、实验、应用实习等）3、应与有关专业基础课（如“拖拉机汽车学”等）结合，才能学好本课程。教学环节：讲课、习题、实验、实习、考试。第7页/共184页8四、主要参考书及刊物《农业机器应用与管理学》陈忠慧编《农业机器应用与管理学》陈济勤等编《农业机械运用学原理》吴相淦、张松明编第8页/共184页9第一章农业机械化的概述第一节农业机械化的定义

1、定义：农业机械化是根据农业生产发展的经济规律与现代生物科学技术措施紧密结合，因时因地制宜地采用半机械化与机械化农机具设备和相应的组织管理过程。第9页/共184页102、农业机械化的发展概况美国：1930年以后，以内燃机为动力的机械化时代，至今已全面实现农业机械化；中国：农机事业随新中国诞生而发展。从70年代起全国以能生产10多种型号的拖拉机，同时，各地先后建立了很多农业机械厂，生产联合收获机、各种农业机械，初步建立起我国独立的农业机械制造体系。第10页/共184页113、农业机械化的作用1、农业机械化极大提高劳动生产率和农产品商品率；2、农业机械化提高土地产出率与资源利用率；3、农业机械化促进了农业与非农业协调发展；4、农业机械化是农业可持续发展的必要条件；5、农业现代化是生产条件和手段的现代化；6、农业现代化是由现代工业装备起来的农业。第11页/共184页12（1）抗灾减害，稳定生产；（2）可持续、合理利用农业资源；（3）农业生产技术创新需要机械化；（4）可减少农产品的损失；（5）广辟食物来源，保障食物安全。第12页/共184页134、农业机械化的发展特征我国农村经济正向专业化、商品化、现代化转变，进入商品生产的新阶段，农业机械化的发展将起到重要的作用。1、农业机械化已成为农村经济的重要物质基础；2、农业机械在农村生产性固定资产中占有四分之一的份额；3、农业机械动力已成为农村的第一动力；第13页/共184页144、农业机械化促进了农村多种经营发展；5、农业机械化促进了农村工业化的发展；6、农业机械化创造了较大效益（1）农民致富；（2）国家增加税收；（3）为劳动力提供就业机会，如维修、服务、管理从业人员。第14页/共184页155、农业机械化的科学体系包括以下方面：1、农机化发展战略研究；2、制定和建立农业机器系统；3、农村生产能源的研究和管理；4、农业机械化经营管理；5、农业机械化技术推广服务；6、农业机械化技术经济。第15页/共184页16第二节农业机器在农业生产中的运用一、机械化农业生产系统1、农业生产系统由农业生物要素、农业环境要素、农业技术要素和农业经济社会要素等组成。2、农业生产过程农业生产工艺过程，如耕作、播种、收获与贮藏等等；农业生产辅助过程，如种子、机器的准备等。第16页/共184页17二、农机作业系统农机作业系统也可称为人-机-对象-环境系统，其运行是机械技术、农业技术、与管理技术的结合，是实现机械化农业生产系统目标的过程和基础。影响农机作业系统运行的因素有：人、机器、作业对象、经营组织等方面。第17页/共184页18农业作业系统的几个概念：1、农业生产工艺系统2、机械化作业工艺系统3、机械化作业工艺方案第18页/共184页19三、农业机器系统1、农业机器系统定义完成农业生产过程所必须的互相协调的具有一定规模和品种的农业机器的组合。系统由各种农用动力和作业机械组成，包括机群、机组、组群等部分。第19页/共184页20①机群：某个农业企业所拥有的各种动力机械、作业机械、自走式机器以及用于维修、运输和油料贮存设施的总和。②机组：在一定条件下的具有一定作业任务的期限的动力系统、传动系统作业系统及其操作系统的有机组合。③组群：某个作业阶段的有关机组的群体。应从机组的群体结构来研究和协调相同的或相关的作业机组间的关系。第20页/共184页21第二章农业机组及其运用指标第一节农业生产机械化过程及农业机组一、农业生产机械化过程：用农业机组来完成某一种农产品生产过程。1、生产过程：农业上生产某一农产品，需进行的与生产直接有关的工作综合。2、工艺过程：与生产直接有关的工作。如耕、播（栽）田间管理、收获等。每一工艺过程又包括一项或几项作业。3、作业：机组在工作中每通过田间一次，称作业一次。每次作业又包括一个或几个工序（操作）。如联合收获机完成一次收获作业，同时完成收割、脱粒、清选三个工序。第21页/共184页22二、农业机组的定义和分类1、定义：由动力机械、传动机构和作业机械三部分组成，用来完成一种或同时完成几种农业工序。2、分类：按不同的使用特征，有很多种形式分类；移动式和固定式；牵引式、悬挂式、半悬挂式；对称式和非对称式；前置式和后置式；耕地、耙地、播种、施肥、收获运输机组等等。以发达国家情况看，为了提高生产率，现广泛采用悬挂式、半悬挂式和自走式机组，并重视发展高速作业、宽幅作业和联合作业机组。三、农业中使用机器的要求概括为“高效、优质、低耗、安全”。在优质前提下，以高效为基础，低耗为核心，用安全来保证。第22页/共184页23第二节机组生产率一、基本概念1、机组生产率：机组在单位时间内按一定质量标准完成的作业量。有小时生产率、班生产率、年生产率等。机组生产率的常用单位：移动作业—公顷/小时、公顷/班、吨公里/班固定作业—公斤/小时、吨/班、M3/小时等为了便于统计对比，我国规定一个作业量的标准单位叫做“标准公顷”。“标准公顷”—耕地机组在地势平坦、土壤比阻为4.9N/cm2左右的茬地上作业，耕深为20-22cm，每耕地一公顷为一个标准公顷。第23页/共184页242、机组理论生产率（1）机组理论小时生产率WL

（hm2/h）设机组的构造幅宽为B（米），以某一理论速度VT（Km/h）在一小时内没有空行和停歇情况下完成的作业面积WL

WL=1000BVT（m2/h）=0.1BVT（hm2/h）（2）机组理论班生产率WT

（hm2/h）仍为上述条件,但工作时间为一个班次

WT=0.1BVTT（hm2/h）T—每班时数

第24页/共184页253、三个技术利用率（1）机组幅宽利用率β=Βz

/BΒz

–实际作业幅宽，β=0.95-0.98（2）机组速度利用率εε=VZ./VlVZ.—实际行驶速度（3）作业时间利用率ττ=Tz/TTz---每班纯工作时间第25页/共184页26幅宽利用率β值的大小主要取决于（1）驾驶员技术操作水平，影响机组直线行驶，农具挂结不正，使β＜1（重耕）或β＞1（漏耕）；（2）某些作业（旋耕、耙地）为了保证作业质量，要求相邻行有重复（2-3%）；（3）某些作业受到使用条件限制，构造幅宽不能充分利用，如联合收割机收获丰产田时，受到喂入量限制，而减少割幅。速度利用率ε取决于（1）行走部分发生滑转（驱动轮），同时形成弯曲线路；（2）土壤地面情况变化及凹凸不平，使阻力变化，发动机转速变化；第26页/共184页27

（3）土壤、地面松软不同，驱动轮下陷深度变化或轮胎气压与地面适应变化，都影响驱动轮作用半径变小。所以常常VZ＜VL

时间利用率τ的影响因素（1）地头转弯空行；（2）地块空行转移；（3）工艺性停车，如播种作业上种、施肥上肥等；（4）故障停车；（5）组织不善的停车时间。第27页/共184页284、机组技术生产率Wj（考虑技术因素β、ε、τ的影响）小时技术生产率Wj=0.1BVl·β·τ=0.1BzVz·τ（hm2/h）(2)每班技术出产率Wjb=0.1BVz·T·β·τ=0.1BzVzTz（hm2/班）(3)机组纯小时生产率W=0.1BVl·β·ε=0.1Bz·Vz

（hm2/h）不考虑时间损失时τ=1（连续工作）(4)西方国家用Wj=0.1BVz·E（hm2/h）E—田间效率

第28页/共184页29我国Wj=0.1BzVzτ若生产率相等即0.1BVz·E=0.1BzVz·τ

得E=Bz/B·τ=β·τ(5)机组实际生产率：

Ws=U/Ts

亩/h式中：U——实际完成作业面积

Ts——实际作业小时数第29页/共184页30

二、机组生产率与拖拉机或发动机功率的关系（一）机组内拖拉机牵引功率NT和发动机有效功率Ne的利用1、拖拉机牵引功率NT与发动机有效功率Ne机组作业时，作业机械工作阻力R（牛）R=KBzK—单位幅宽的工作阻力（牛/米）拖拉机克服阻力R，以Vz行驶时，所消耗的牵引功率NTNT=NT=RVz/270(马力Ps)R—kgf第30页/共184页31此时，发动机提供的有效功率Ne=NT/ηTηT=NT/Ne

拖拉机的牵引效率2、机组作业时拖拉机的负荷程度可用拖拉机牵引功率利用率ξNT表示：ξNT=NT/NT·NNT·N——拖拉机额定牵引功率3、发动机的负荷程度可用发动机有效功率利用率ξNe表示：

ξNe=Ne/Ne·N

Ne·N——额定牵引功率第31页/共184页324、拖拉机牵引作业同时兼有动力输出时发动机的有效功率Ne=Nc+NT

此时，拖拉机的功率利用程度用拖拉机效率η来表示：式中，Nd——动力输出轴功率（kw或ps）第32页/共184页33第33页/共184页34第34页/共184页35第35页/共184页36当机组为牵引作业+驱动作业时，移动部分机组生产率为：

（三）机组生产率和机组能量消耗在单位面积（亩）上消耗的有用机械功A为：A=RSz

第36页/共184页37第37页/共184页38

上式分子代表机组每小时能发出的有用机械能，分母表示单位面积上作业机械消耗的机械能值。第38页/共184页39三、提高机组生产率的途径综上所述，从Wj公式分析，提高WjDE根本措施有1、加强技术维护（保养和修理），以保持拖拉机和作业机械处于良好的技术状态，发动机能发出标定功率和牵引效率高；2、正确合理编制机组，即使BZ、VZ合理，提高有效功率利用率；3、做好组织服务工作，机组采用合理的行走方法提高时间利用率；4、在保证质量前提下，尽量减低A（K）值，如不随意加大更深、采用免耕法、浅耕法、适时作业，降低比阻值。第39页/共184页40第三节机组作业成本（机组运用的经济指标）一、基本概念机组作业成本Cm（经济指标）：完成单位作业是所耗费的各项费用总和。其中：油料费、劳动报酬、经常维修费为可变成本（随作业费大小而变化）折旧费、大修费、管理费为固定成本第40页/共184页41二、机组作业的油耗消耗Cr（占成本中的40%）（一）燃油消耗1、燃油消耗费GT（kg/h）：单位时间的燃油消耗2、燃油消耗率gr

（g/kw.h）：单位机械功的燃油消耗发动机的燃油消耗率：ge=103GT/Ne(g/kw.h)拖拉机的燃油消耗率：gT=GT/NT(kg/kw.h)一般gT≈（1.5～2）ge与ηT有关单位作业量的燃油消耗——亩耗油、吨耗油、吨公里耗油等①机组的技术亩耗油gwj

（kg/亩）第41页/共184页42GTbWjb——每班次机组耗油量和技术生产率GTzGTK，GTO——机组在负荷、空行、空转三种情况下的小时耗油量，试验得到或以牵引特性和发动机调速特性曲线图上查到Tztkt0——机组在负荷、空行、空转三种情况下的作业时间（小时）代入上式经换算得：=AgT(1+δy)式中：A—单位面积（亩）所耗机械能(kw·h)第42页/共184页43（kw·h/亩）——空行和空转耗油量占负荷作业耗油量的比例数依上式可见：机组作业亩耗油gwj与Age成正比，A↗gwj↗与ηTt和负荷作业时间成反比η↗gwj↙②实际亩耗油gsGTS——实际耗油量U——实际完成的面积

一般：gx>gwj因为gs包括了油料保管、运输和添加中的损失A=K/5400第43页/共184页44（二）润滑油的消耗指机油、齿轮油、润滑脂等的消耗，通常规定一个定额以主燃油消耗量的百分数表示。柴油机机油平均使用消耗为主燃油量的4—6%机油燃损≯1%若达到3%则应检修发动机其他润滑油的消耗为0.5%左右第44页/共184页45（三）降低油料消耗的途径1、提高机组生产率Wjb↑则gwj↓2、调整校正好燃油装置（泵）并保持良好技术状态，使GT、ge获得最佳值3、合理编制机组，使机组处于满负荷状态4、减少或消除油料在运输、保管、添加中的浪费和非正常消耗。第45页/共184页46三、机组作业的劳动消耗（H）是一个重要运用指标，标志农机化水平，也是作业成本的主要构成因素，以2时/亩来计量。n——直接在机组上工作的机务人员数m——参加机组作业的辅助手工劳动人数T——每班时数（时）Wsb——每班实际生产率（亩）第46页/共184页47四、机组作业的经常维修费Cw

（元/亩）包括：原材料费+零配件消耗费+修理=时费+维护用油费+工具费等，也可以由标准亩维修费定额乘以机组年计划作业量来确定。按时按质对机器进行技术保养，经常维持良好技术状态，是延长机器零件使用寿命、降低维修费的根本措施。第47页/共184页48五、使用因素对机组生产率和机组作业费用的影响影响较大的使用因素主要有三个方面：1、机组参数及使用指标：NeN,ξNe、Vz等

NeN成本生产率ξNeVzτ第48页/共184页492、与组织管理工作有关的因素：τ、αb—每天作业班次数；Dn—年工作天数；影响如图1-2（b）所示同一机型机组甲：Dn=350天αb=1（单班）τ↓W↓

乙：Dn=200天αb=2（单班）τ↑W↑3、机组作业的自然生产条件——地块长度L，比阻K等，影响如下图所示LK作业成本NeN1NeN2NeN1NeN2第49页/共184页50

思考题

1、农机机组、标准公顷

2、用Bz、Vz和用Ne、NeN，ηT表示机组小时技术生产率Wj3、提高机组生产率的途径

4、机组作业成本的概念及其组成

5、降低油料消耗的措施

6、使用因素对W、C的影响第50页/共184页51第三章机组的动力性能第一节发动机的动力性能

动力性能——发动机工作对克服负荷而作功的能力基本指标——有效扭矩Me（N.m）有效功率Ne(kw)和转速n(r/min)其三者关系

式中：Me–N.m式中：Me–kg.m或第51页/共184页52一、标定功率（用NeN表示）发动机产品的铭牌和产品说明书标出的发动机的有效功率Ne，标为标定功率。

15分钟功率国标规定我国发动机标定功率分为四级1小时功率

12小时功率持续功率1小时功率，12小时功率分别为拖拉机允许连续运转12小时或12小时的最大功率，为拖拉机标定的功率，如手拖S195柴油机铭牌：12小时功率8.8kw(12马力)2000r/minge正常1小时功率9.7kw(13.2马力)2000r/minMe大些和ge大些第52页/共184页531小时功率为储备功率，可供矩时间超负荷时，维持正常工作。柴油机上的扭矩校的装置（多供油，使Me↑）扭矩储备率u单缸机>12%

多缸机>15%扭矩储备扭矩适应性系数第53页/共184页54二、使用条件下的有效功率由于发动机正常使用中的磨损、失调，工作阻力（图2-18）的波动，引起n波动，影响发动机工作性能，因此在使用条件下的有效功率Me<NeN

设Ne=λ·NeNλ—总修正系数λ=λt•λd•λVλt—时间系数由于机件磨损的可靠性等原因λt=0.8～0.9λd—动态系数，考虑在不稳定负荷特性条件下，发动机工作过程的动态；转速n的波动破坏进、排气流的稳定性，使充气效率下降；使发动机有效功率不能充分发挥，耗油率上升。一般：λd=0.9～0.97第54页/共184页55λv—概率系数在概率负荷特性条件下，发动机指标平均值随负荷被动程度的变化。变异系数v=0.05～0.15λv=0.95～0.85

因此，实际中发动机的有效功率Ne比NeN低15%左右，而耗油率ge提高10%以上。第55页/共184页56三、大气状况对Ne的影响1、大气压的影响高原地区大气压力降低，空气密度小，充气量减小，气缸残余废气增加，使Ne↓,ge↑如S195柴油机，海拨上升1000米，Ne下降11%ge提高5%，在我国云南，西藏等地常感马力不足。解决的方法：安装增压器可增加充气量，改善发动机动力性、经济性。2、大气温度的影响——影响发动机的充气密度试验表明：进气温度在29.4℃以上，每增加5.5℃，Ne下降2%第56页/共184页57第二节拖拉机的驱动力Pq和牵引力PT

一、机组运动方程式（一）机组受力分析如下图为轻式拖拉机犁耕机组在坡地作业的受力情况在行驶方向作用于机组的外力有：

1、Pk—机组驱动力（土壤反作用力的分力）是由拖拉机驱动装置与土壤相互作用而形成。2、阻力总阻力为PΣ=R+Pf±Pα+Pi(±Pj)第57页/共184页58RPf总阻力为PΣ=R+Pf±Pα+Pi(±Pj)第58页/共184页59①R—机组内作业机械的牵引阻力（R=KBz）②Pf—拖拉机行驶阻力（滚动阻力）Pf=fGs③Pα—坡度阻力，平地时Pα=0Pα=±GsSinα④Pi—空气阻力，因作业时速度较低，一般Vz<15km/h可忽略⑤Pj—惯性力，速度改变时惯性阻力∴P∑=R+Pf±Pα=KBz+fGs±GsSinα在垂直于行驶方向的外力有：1、拖拉机重力分力Gscosα(平地时α=0，重力=Gs)2、土壤对拖拉机、作业机械各部分的垂直反力Y=∑Yi因Gscosα与Y均与动动方向垂直，所以它们所做的功为零。第59页/共184页60(二)机组运动方程式设机组等效质量为m，运动速度为V，在运动方向的外力为(Pk-P∑)，机组运动和做功时

——移动式机组运动方程式的一般形式m——机组的等效质量(换算质量)公斤·秒2/米包括机组移动质量惯性和转动零件的转动情况。由于工作条件不断变化，Pk和P∑也是变化的，因此机组加速度也是变化的，一般按正态分布规律变化。当Pk和P∑变化较小时，的值取决于m，m越大，越小，机组的稳定性越好。

第60页/共184页61二、拖拉机的牵引平衡由=得=R+Pf±Pα±Pj——拖拉机牵引平衡方程又：

——惯性力方向与加速度相反实际中除加速或制动外，可认为机组动动匀速，即=0，Pj=0∴Pq=R+Pf±Pα

第61页/共184页62

若在平地上工作时α=0，Pk=R+Pf

在稳定运动条件下，拖拉机牵引力PT=R，牵引克服农具阻力，而驱动力Pk=P∑=R+Pf±PαPk及PT是拖拉机动力性能的指标附：相同功率的拖拉机，履带式的Pk、PT大于轮式的Pk、PT，四轮驱动式的Pk、PT＞后轮驱动的。，上坡为阻力，应换低挡，使、较大，易上坡。惯性力(kg)

式中：—拖拉机速度变化值(Km/h)t—速度变化所利用的时间秒第62页/共184页63例：丰收-35拖拉机Gs=2000kg起步5秒钟内，V从0→5Km/h，求Pj

若从0→5km/h，只需0.1秒时，可见起动时，惯性力很大，操作应特别注意。第63页/共184页64三、机组驱动力P∑

1、驱动力Pk：在驱动扭矩作用下，驱动轮与土壤相互作用，土壤反作用于驱动轮且平地于地面的作用力分力，称之为驱动力；对拖拉机是外力。如图，刚性平缘驱动轮在驱动力矩Mk作用下在刚性地面上的受力情况。驱动轮所受外力力矩有：垂直载荷Gk(即驱动轮重力)，土壤垂直反力N(Yk)，

Gk=Yk作用在轴O上的驱动力矩Mk，由一对力偶代替，一个作用于O1点，另一个作用于O点(Pt)，大小相等方向相反，与地面平行。第64页/共184页65rqGqpqMqF切线力：标定切线力：Yqe第65页/共184页66切线力：标定切线力：驱动轮受土壤的水平反力Pq，即驱动力。拖拉机机架对驱动轮轴的水平拉力S(S=∑R)S为拖拉机农具运动时所产生的阻力的合力∑R此时，驱动力第66页/共184页67当考虑驱动轮和路面的变形时：驱动轮受力如图Mcq——驱动轮转滚动阻力矩

Yq——土壤垂直反力

Pfq——驱动轮滚动阻力即驱动力等于切线力减掉驱动轮滚动阻力。第67页/共184页68

可见，发动机经传动系统给驱动轮的主动扭矩用于克服两个力矩：①克服驱动轮转动阻力矩Mcq；②形成驱动力。第68页/共184页692、构成驱动力Pq的定性分析公式驱动力Pq由土壤的剪切反力和轮缘与土壤之间的摩擦力构成式中：dh,db——垂直于行驶方向的轮齿与土壤接触的元素面积(cm2)τx——土壤应力平行于地面的投影(抗剪应力)kg/cm2Pm——驱动轮与土壤间的摩擦力(正压力×摩擦系数)

第69页/共184页70

上式右边第一次代表土壤剪切反力(田间作业)，第二次代表摩擦阻力(运输作业)，拖拉机驱动轮采用高花纹轮胎或水田叶轮、履带齿等均为增大土壤剪切反力，增大驱动力，汽车多用小花纹轮胎，主要靠摩擦力来形成驱动力(路面坚实几乎不存在)。此式只作驱动力Pq构成的定性分析，不能用于计算。第70页/共184页713、最大允许滑转率δy随Pq形成及增大，必然有驱动轮滑转的产生和增大(因为土壤受剪切、挤压、变形)，滑转率δ与Pq的关系如图：在一定范围内，Pq与δ近似正比例增长，但当Pq增大到一定值(PM——附着力)时，δ=δy——最大允许滑转率，土壤将遭到严重破坏，δ将迅速增长，若Pq再增大，会完全滑转，拖拉机不能前进。此时土壤结构受到破坏，轮胎迅速磨损，而且滑转损失的功率将超过增加驱动力所得的功率，所以规定一个最大允许滑转率δy

。PqδyPyδ第71页/共184页72滑转率的计算我国规定拖拉机正常工作时的δy为：轮式：20%(旱田茬地)25%(水田茬地)手扶：25%履带：7%水田叶轮：40%4、附着力Pμ及最大附着力Pμmax在最大允许滑转率δy条件下，通过试验得到附着系数，并由此计算出的驱动力，称为附着力Pμ。Pμ=μδ·Gμ式中：μδ——附着系数，试验得出或查资料，不同的δ，μ值不同。

第72页/共184页73当δ=100%（完全滑转时）μδ=μmax此时，Pμ=μmax×Gμ=Pμmax(最大附着力)Gμ——附着重量（kg）对于四轮驱动履带驱动或手扶：Gμ=GS

GS—拖拉机使用重量对于二轮驱动（单轴驱动）四轮：（Mq——驱动扭矩）L—拖拉机轴距a—拖拉机重心至后轴距离第73页/共184页74四、拖拉机牵引力PT（一）Pq与PT关系图用简图分析驱动力Pq与标定切线力PtN和附着力Pμ的关系：计算公式：=Ne—kwn—r/minrq—mNe—马力=第74页/共184页75=驱动力与土壤坚实度（用土壤剪切阻力表示）关系如下图：工作条件——某一档速下（i∑—定值）上坡作业（Pα存在）由图可知：PtN由MeN决定，与土壤条件无关为一水平线；Pμ=μδ·Gμ，土壤越坚实，μ↑，Pμ↑，反之亦然，为一斜线；Pf=fGs

土壤越坚实，滚动阻力越小，反之越大，为一斜线；Pα=Gs·sinα与土壤无关，当α一定时，为一水平线第75页/共184页76驱动力与牵引力图PtNPμbPfPqPαPTμfPμ>PtN附着力充足区域Pμ<PtN附着力不足区域第76页/共184页77Pμ与PtN二线相交点b为附着力是否充足的分界点，左边附着力不足，当不同速档时，如换高档，则PtN线下降，b点左段，高档速驱动力主要受标定切线力PtN限制，换用低档时，则PtN线上升，Pq主要受到附着力Pμδ所限制。拖拉机牵引力PT—在等速运动条件下，驱动力克服拖拉机前进的滚动阻力和上坡阻力后，剩下的部分是拖拉机的牵引力PT。（二）拖拉机牵引力PTN的计算（从图可得）1、当附着力充足时，即Pμζ>PqN（PtN=PqN）机组稳定作业时（Pj=0）功率可充分发挥PtN可充分利用。（1）

只用于牵引作业时，额定牵引力PTN为：

PTN=PtN–Pf±Pα第77页/共184页78PTN=PtN–Pf±Pα或（2）牵引作业同时兼有动力输出作业时2、当附着力不足时，即Pμδ<PtN

稳定工作时（受Pμδ限制，功率不能充分发挥，PtN用不完）拖拉机正常牵引力PT第78页/共184页79结论：1、①当附着力充足时，驱动力Pq的大小受Me限制

Pq=Pt(或PtN)PTN=PtN-P∑（2）当附着力不足时（土地松软）Pμδ<PtNPq和PT的大小受附着力Pμδ的限制Pq=PμPT=Pμ—P∑提供附着力的措施：如增加轮胎的花纹高度等。2、一般情况（非标定工况）下拖拉机牵引力PT=驱动力Pq一滚动阻力Pf±上坡阻力Pα

3、任何情况下，驱动力的最大值只能等于或小于附着力PμδPqmax≤Pμδ

第79页/共184页804、拖拉机以不同速档工作时，有不同的标定切线力（PtNi）高档的PtNi较小，低档PtNi较大。很明显，高档作业时，Pq

、PT一般受PtN限制，而低挡作业时，Pq

、PT一般受Pμδ限制。计算PT或标定牵引力PTN的例子：例1：车风—54履带拖拉机在茬地上进行耕地作业，求三档牵引力？已知：GS=5400kgf=0.04μ=0.7NeN=54马力ηc=0.85i3=28.75rq=0.326米nN=1300转/分解：PtN3=716.2

=2230(kg)第80页/共184页81Pμ=μ×Gμ=0.7×5400=3780(kg)∵Pμ＞PtN3

附着力足够∴PTN3=PtN3—Pf=2230—0.04×5400=2014(kg)第81页/共184页82例2、轮红—40轮式拖拉机（二轮驱动），用4档在耕地后的地上进行耙地作业，求4档牵引力。已知：GS=1800kgμ=0.4f=0.1NeNn=40马力nN=2000转/分，i4=48.6rq=0.581米ηc=0.9

解：PtN4=716.2Pμ=μ×Gμ=μ×GS=0.4××1800=480(kg)∵Pμ＜PtN4

附着力不足∴PT4=Pμ-Pf=480-f·GS=480-0.1×1800=300(kg)=480（kg）第82页/共184页83

第三节拖拉机的功率指标

一、拖拉机的功率平衡发动机的额定功率NeN

NeTNNedNNeTNNqN——NcdNNdN（动力输出功率）NsNNfNNαNNTN（牵引功率）如：东方红—75拖拉机NeN=75马力牵引马力NTN=45马力工农—12手拖NeN=12马力牵引马力NTN=6马力第83页/共184页84拖拉机功率分两大部分：1、有用功率：NT、Nc2、损失功率：⑴传动功率损失Nm⑵滚动功率损失Nf⑶滑转功率损失Nδ∴Ne=NT+Nc+Nf+Nm+Nδ±Nα±Nj当拖拉机稳定牵引作业时，（Nc=0，Pj=0，Nj=0）Ne=NT+Nf+Nm+Nδ±Nα当α=0，Nα=0，平地稳定作业时：

Ne=NT+Nf+Nm+Nδ⑷上坡功率损失Nα⑸惯性功率损失Nj（起步、变速时克服惯性）（功率平衡方程）第84页/共184页85二、拖拉机的功率损失1、传动系功率损失Nm[Nm=Ne—Nq（Nc）]∴Nm=NmT+Nmc式中：NmT——传到牵引拉杆所损耗功率

Nmc——传到输出轴所损耗功率损失原因：（1）、机械损失：90—95%

齿轮、齿合损失：70%

轴承传动损失：20%

油封传动损失：10%第85页/共184页86（2）液力损失：5—10%，齿轮的搅油阻力造成传动系功率损失，用ηc和ηd表示

传动效率ηc=

轮式：0.91—0.92

一般情况下：履带：0.86—0.88

手扶：0.75动力输出轴效率：ηd=传动功率损失NcT=NeT（1—ηc）Ncd=Ned（1—ηd）若只牵引无动力输出时：Nc=Ne（1—ηc）第86页/共184页872、驱动轮滑转功率损失Nf由于驱动轮作业时的滑转造成功率损失，用滑转效率ηδ衡量ηδ===1-δ∴滑转功率损失Nδ=Nq·δ=Nq（1-ηδ）=（Ne-Nc）δ可见，Nδ是速度损失，取决于δ，在作业中，须使δ较小3、滚动功率损失Nf——力的损失行走摩擦力，轮胎变形，轴承摩擦力等等。Nf的大小用滚动效率ηf来表示ηf=====1-第87页/共184页88可见，提高驱动力Pq和减小滚动阻力Pf都可使ηf下降

或ηf===

即牵引力PT克服农具阻力R，等速作业时，PT=R

此式在机组编组计算时采用。所以，滚动功率损失为：NT=Pf·Vz/3000=马力或可见，Gs与Nf为正比关系，应根据作业条件选择机型和增重措施。4、拖拉机上坡功率损失Nα——速度损失Nα==（kw）第88页/共184页89可见，Gs和α一定时，VPI是影响Nα的主要因素，上坡时换低档使Vz下降，即可使Nα下降总之，功率是力与速度的乘积，功率损失即是力的损失，速度的损失，或两者同时损失所造成。第89页/共184页90三、拖拉机牵引功率NT

NT=（kW）牵引功率利用率ξNT=补充说明：ηT=ηc·ηf·ηδ

条件：稳定作业，Pj=0Pα=0已知：NT=Ne-（Nc+Nδ+Nf）∵NT===（1-δ）（1-δ）=Nq(1-δ)ηf=Ne·ηc·ηδ·ηf

∴ηT==ηc·ηδ·ηf

第90页/共184页91例1：东方红—54拖拉机在坡高30米，坡长1000米的坡地上用三档上坡作业，求各项功率损失和牵引效率ηT。已知：NeN=54马力ξNe=0.85ηm=0.85f=0.075VL3=5.43KM/hGs=5400kgδ=2.5%解：∵ξNe=(有效功率利用率)

∴Ne=ξNe·NeN=0.85×54=45.9（马力）Vz=VL3（1-δ）=5.43（1-0.025）=5.3（km/h）1、传动系功率损失Nc=Ne（1-ηm）=45.9(1—0.85)=6.9马力2、滚动系功率损失Nf===7.95马力3、滑转功率损失Nδ=Nq·δ=(Ne-Nm)=(45.9-6.9)×0.025=0.95马力第91页/共184页924、上坡功率损失Nα===3.18马力5、拖拉机牵引功率NT

NT=Ne-（Nm+Nz+Nf+Nα）=26.89马力

6、牵引效率ηT===58.5%第92页/共184页93第四节拖拉机的牵引附着性能（动力性能）

一、拖拉机的牵引特性（一）、基本概念1、拖拉机的动力性能：是指拖拉机在容许滑转率条件下所能发挥的牵引能力，也称为牵引附着性能。2、拖拉机牵引特性拖拉机的主要动力性能指标和经济性能指标（NT，V，GT，gT，δ等），在各速档下随牵引力变化的曲线图。牵引特性主要是通过田间试验测得，以测取的牵引力为横座标，以动力性、经济性指标为纵座标绘制。由于δ一般只随牵引力PT变化与速度无关（水田作业例外）。第93页/共184页94即δ=f（PT）所以δ曲线只有一条其他曲线：NT=f（PT），V=f（PT），G=f（PT），gT=f(PT)，则每一速度档均有对应的曲线。利用曲线可以方便找出拖拉机在该土壤条件下，其动力性能经济指标随PT的变化规律，以便合理发挥拖拉机的功率及获得良好的经济效果。（二）、牵引特性各曲线的变化规律P23图2—8，东方红—75履带机的牵引特性曲线为例。1、速度曲线V=f(PT)第94页/共184页95

起点为空负荷时，工作速度最高，随PT上升（负荷增加），导致η下降，δ上升V缓慢下降，当PT=PTN时，曲线开始出现转折，此时的V与发动机的neN相对应（Vz=0.377(1—δ)转折后，PT再增加，即在超负荷范围工作，使η下降，V下降。

2、牵引功率曲线，NT=f（PT）NT=起点PT=0，NT=0，随PT上升，V稍有下降，但NT上升，当PT=PTN时，NT达到NTmax（在附着力充足条件下，Pμ≥PtN时，NTmax相应于发动机的NeN，若PT再上升，发动机超负荷工作，n下降，V下降）。∴NT下降，当NT下降到一定程度后，发动机熄火（对应于Memax时的牵引力称为该速档下的最大牵引力PTmax）第95页/共184页963、小时耗油量曲线GT=f(PT)起点为零负荷时，GTK随PT上升，GT也上升，当PT=PTN时，GT达到Gtmax，以后当PT再上升到超负荷时GT就下降。（∵n下降使供油次数下降，∴GT就下降）。超负荷时校正装置起作用，每循环供油量上升，但小时供油量就会下降。4、拖拉机耗油率曲线gT=f(PT)，gT=当PT=0时，NT=0，gT无穷大，随PT上升；因NT比GT增长快。∴gT下降，直到超负荷时，gT又上升。5、滑转率曲线δ=f(PT)当PT=0时，δ=0，随PT上升，δ也上升，开始时缓慢上升；当δ＞δy（最大允许滑转率）后，δ随PT上升而急剧上升。第96页/共184页97

综上分析，在各档速的PTN点作一平行于纵座标的直线，可将牵引特性一分为二：左边为不满负荷部分（相应调速部分），右边为超负荷部分（校正装置起作用部分），当PT=PTN时，NT=NTmax，即生产率高，亩耗油低。（三）牵引特性曲线的应用见图2—8，2—9、10、111、拖拉机各档的NTmax不相等，低速档与高速档额定牵引功率差值△NTN

△NTN=-NeTN·ηc(δ1-δ2)

当△NTN为正值时，高档速的NTN比低档速的小，在某种具体的土壤条件下，各档的功率损失（滚动、滑转）是不一样的，低速档时，PT大，滑转损失大，高速档时，由于速度高，滚动损失较大。第97页/共184页982、把各档NT曲线的峰值Ntmax连线，称其为牵引功率包络曲线，反映了按一定比例尺的拖拉机的牵引效率ηT曲线，为了提高生产率，应力求采用最高ηT的挡位工作。

3、履带式拖拉机的较低档获得较高的ηT（低档PT大，且履带附着性能好）；而轮式机低档时ηT较低（附着性差），所以，履带机宜较低档工作，轮式机则在较高档工作。4、δ=f(PT)­——滑转率曲线旱地作业时，δ只受PT影响，不受V的影响，一般只有一条曲线水田作业时（图2—10），各档可测得一条δ曲线，当V大时，Pt（切线力）对土壤作用时间短，变形小，δ就小。

第98页/共184页995、一般各档的GTmax是相同的，因为在最大油门位置时不管各档速，发动机都发出标定有效功率，但各档的gTmin（最低耗油率），都是不同的。通常在相应于NTmax的档速获得最低的gTmin。

gT=6、各档速在轻负荷工作时，gT都急剧上升。结论：对于附着性能较好的履带机，应以较低速档满满负荷作业，可获得较高的机组生产率和较好的经济性。为克服二轮驱动轮式拖拉机附着性能差的问题，国内外开发采用四轮驱动轮式机（4×4型），显著改善牵引附着性能，接近于履带拖拉机。第99页/共184页100如：东风—50S型见图如：其下水田作业时（含水量为24—30%，δ=15%的稻花田），牵引力PT=13.5KN，比同机型两轮驱动的PT=9KN提高53.5%。现在，国内外都有采用四轮驱动轮式机代替履带拖拉机的趋势。第100页/共184页101二、使用条件对牵引附着性能的影响

（一）、土壤含水量的影响试验表明：中型轮式机在土壤含水量小于13—20%时，附着性能最好，且滚动阻力也较小。随含水量上升，土壤承压能力和抗剪能力下降，与轮胎间摩擦力下降，而粘附性增大，拖拉机牵引附着性能下降，同时严重破坏地表的平整性和土壤结构。所以含水量大于30%时，不宜进行机械化作业。若含水量增加到水田状态时，土壤承压，抗剪能力更差，土壤粘附性增大，Pf

、δ增大，ηT很低。轮式机，机耕船在水田作业时，ηT只有30—40%，行走装置的功率损失占全部功率损失的50—70%（Nf+Nδ）。第101页/共184页102如图2—11（P26）δ=25%时，手拖旱地PT=250kg，水田PT=150kg，Gs对水田作业而言为不利因素，因为Gs愈大，Pf愈大（不应加配重），所以，浅水田一采用轮型拖拉机配高花纹轮胎及水田旋耕等措施。深水田一最好采用机耕船减轻驱动轮负荷，使Pf下降。如图2—11，手拖与机耕船同时12马力，但机耕船的NT，PT大，δ大。（二）地表状态的影响：地壤坚实度：（1）耕后地（2）割后地（3）水泥路面不同状态时，松软土壤，Pf、δ都大，μ大，即ηT低；坚实土壤、路面，ηT高。第102页/共184页103（三）坡上拖拉机性能的变化拖拉机坡地作业行驶方向有：顺坡­——AA方向横坡­——BB方向斜坡­——CC方向坡地作业时，由于位置不断变化，引起行走装置前后轴，左右轮负荷的变化，会产生附加的功率损失，使拖拉机动力性能指标降低。AABBCC1、顺坡作业（AA向）：易造成土壤冲刷，水土流失，且克服坡度阻力Pα=Gssinα，试验证明，10°以内坡地作业，每上升1°，上坡功率损失5%，下坡时增加功率3%，增减相抵后，功率损失2%，最好不采用。第103页/共184页1042、横坡作业（BB向）：最好采用的坡地作业。较好，沿等高线工作，但左右行走装置承受重量发生变化，下方轮承重大，上方轮承重小，有向顺坡的下滑趋势，及向下坡方向产生转向趋势，使操作困难，Pf上升，V下降，ηT也下降。3、斜坡作业（CC向）：无法在横坡作业时，可采用斜坡（受地形限制）。综上所述，坡地作业时，PT下降，VE也下降，Wj、GWj就上升，可见，规划平整田地很有必要。4、坡地作业有如下特点：

1/.拖拉机的稳定性变坏，可能产生顺向翻车、横向翻车或滑溜。

2/.机组的作业质量变坏，例如耕地的土垡不易向上坡方向翻转，尤其是坡度较大时，常出现倒垡现象；

3/.拖拉机的操作变得复杂。第104页/共184页105三、改善拖拉机牵引附着性能的措施。（一）、增加附着重量1、只有当μ＞f时，增加配重才是正确的。牵引力增量△PT=△Pμ—△Pf=△G(μ—f)2、悬挂机组采用耕深的力调节法和位调节法，利用“重量转段”增加驱动轮附着重量。（二）、改善驱动轮与土壤间附着性能的方法增加防滑装置，可增加土壤的抗剪能力，适于潮湿地，水田。如：1、在轮胎外缘增设轮爪或用链条缠绕在轮胎上；2、在轮胎外侧增设一个圆笼铁轮，以增加驱动轮与土壤的接地面积。3、在轮胎外侧安装固定的或可伸缩的轮爪或叶轮。4、更换高花纹轮胎，镶塑料齿铁轮，或水田叶轮。5、增设半履带式行走装置。第105页/共184页106第五节作业机械的动力性能

一、作业机械的阻力R和比阻K（一）、牵引作业机械阻力1、牵引阻力R工作部件工作时，可用拉力仪测定，R与B（宽），h（深）有关。2、比阻K作业机械单位幅宽（或单位工作断面）的阻力

K=N/m或kg/m

或犁耕作业Kl=N/㎡或Pa可见，比阻是单位面积或体积土壤所消耗的机械功第106页/共184页1073、阻力R的计算（1）犁的牵引阻力Rl=Kl·B·h=Kl·b·n·hβ=n·b犁耕所需功率Ne(发动机提供)

Ne=（2）其他作业机械的牵引阻力Rn

Rn=K·B公斤或牛

所需功率Ne=（KW）或（3）Rf—运输机组的牵引阻力或作业机械空行阻力RfRf=Gn·fnGn­—拖卡自重和装载重量的总重量

fn­—滚动阻力系数（表2—2）第107页/共184页1084、比阻的测定方法如：犁耕比阻测定：选择地面平坦，土壤类型有代表性田块（一般土壤），在适宜期，机组以通常耕作速度稳定工作条件下，测定（拉力表或电测）犁的阻力Rl

，耕深h及幅宽B的平均值。按公式RL=Kl·B·h得出Kl=RL/B·h。其它作业比阻的测定方法类似。水分、地形、坡度都会影响Rl值，即K值并非定值。第108页/共184页109（二）牵引带驱动作业机械的阻力

驱动部分的工作阻力常用折算比阻或单位幅宽功率表示牵引阻力由拖拉机牵引力克服PT=RR=Pf±Pα动力输出轴驱动工作部件的阻力表现为功率消耗，由发动机用于驱动部分的有效功率（即Ned）来平衡

1、折算比阻KZ=kg/mNn—马力VZ—米/秒B—米Nn——工作机械消耗的功率（马力或千瓦）或KZ=(N/m)Nn—kWB—米VZ—米/秒第109页/共184页1102、单位幅宽功率N0

马力/米或千瓦/米

N0=如旋耕机N0为8—15马力/米时，与土质、速度、耕深等有关例1、已知旋耕机N0=8马力/米，求工农-12手拖带0.6米宽的旋耕机所消耗的功率。

Nn=N0·B=4.8马力例2、上例已知，KZ0=1.5kg/cm2,Vz=2.5公里/时，B=60厘米，h=12厘米，求Nn

解：根据公式Nn=B·h·Vz·KZ0/270=第110页/共184页111二、影响作业机械阻力R的因素

1、工作环境因素土壤类型、质地、含水量、坚实度、地表状态、作物特性等，其中以土壤类型、含水量的变化影响最大。2、机械结构因素如农业机具的重量、工作部件的型式（犁、耙、播等）数量、行走装置的类型传动机构的结构。其中以工作部件的型式为主要因素。

3、与机械运应用有关的因素⑴机具技术状态第111页/共184页112a、犁铧磨钟后，刃口增厚，不仅作业质量恶化，且阻力显著增加，生产率下降，亩耗油上升。b、机具的安装、调整、润滑对牵引阻力，使用寿命有直接影响。⑵作业速度Vz增大，K上升，但速度的增加比比阻的要大，所以有些作业（耙、运输等），可适当提高作业速度以提高生产率。⑶耕作深度耕深加大，阻力上升，因此在满足农艺条件下，不要随意增加耕深。第112页/共184页113三、作业机械阻力的随机特性（农具阻力的波动性）机具的阻力并非定值，而是随时间、地点、条件的不同而变化，具有随机特性。（一）、周期性波动（概率分布与正态分布相等）在一定条件（土质、含水量较一致，地表较平坦）下，牵引阻力变化呈周期性波动，但阻力的平均值基本不变，变化趋势接近正弦曲线。试验结果表明，周期性波动的概率分布密度多数与正态分布相符。1、阻力平均值第113页/共184页1142、阻力波动不均匀率

δK=δ=0.5—1.2（耕）δ=0.05—0.25(耙)δ=0.3—0.8（中耕）δ=0.2—0.6（播）δ=0.6—1.0（收）3、阻力波动周期TT=τR——标准波动频率周期短（T≤1—2秒）的阻力波动，机组惯量可克服，影响不大。周期长（T＞2秒）的阻力波动，影响机组正常工作，应该换低档或调整农具。（二）、阻力平均值的波动­——用阻力暂时增长系数γ表示第114页/共184页115

机组通过土质坚硬，多石或长坡地段时，阻力突然变化增大，RC突然增大至Rmax，过后返回RC，这种波动的特性可用阻力暂时增长系数γ来说明。

γ=

Rmax—暂时增长的阻力最大平均值

RC—长期出现的阻力平均值（三）、发动机阻力矩MC的波动农具的牵引阻力通过拖拉机驱动轮传动系发动机，曲轴上，并与拖拉机滚动阻力矩等构成发动机的总阻力矩即MC=MR+Mf+Mα第115页/共184页116随MR，Pf，Pα的变化，MC也将发生相应的波动。MC的随机特性：1、发动机阻力矩不均匀率δC=

2、阻力矩波动周期T：随阻力波动周期变化

3、暂时增长系数γC=

可见，阻力经常变化，因此在拖拉机与农具编组时，必须考虑阻力波动的影响。留有一定的功率贮备，以克服暂时增长的阻力矩。否则遇到阻力增加就要换档，使τ下降，W下降；如编组时:

牵引力利用率ξPT=R/PTN≈0.76～0.94

拖拉机负荷利用程度ξNT=NT/NTN=0.74～0.94第116页/共184页117四、降低作业机械比阻的措施。

1、结构措施—提高作业机械的工艺可靠性；采用悬挂机械代替牵引农具；采用装备低压轮胎和弹性悬架的机械，以降低农具重量；滚动轴承代替滑动轴承等。2、工艺措施—采用综合机组和联合机组，改进农具部件质量等。

3、运用措施—高质量保养农具、保持良好技术状态；正确安装、调整各工作机构；正确连接或悬挂农具；选择合理行走方法；合理选配农具；在土壤宜耕期作业等。

4、改善作业环境—包括平整田地、清除田间树丛、石块等障碍物，改善土壤结构。第11